一种双通带FBAR滤波器设计方法

该文基于宽频枝节匹配方法提出了一种双通带薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器设计方法。基于S参数网络阻抗变换理论分析了滤波网络输入和输出端宽频匹配原理,设计对应于两个不同频带FBAR滤波器的阻抗匹配枝节,进而通过公共端的连接实现双通带FBAR滤波器的设计。匹配网络采用电容和电感可在基板上进行准确设计,并通过在此基板上完成FBAR滤波器的装配实现双通带滤波器的整体集成。最终设计了一种中心频率分别为2 492 MHz和6 000 MHz的双通带滤波器。结果表明,两个通带的插入损耗分别为3.29 dB和4.91 dB,阻带抑制均小于-25 dB,与理论设计结果匹配较好。     

S波段FBAR滤波器芯片的研制

采用完全自主的薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器设计、工艺技术,制备了S波段FBAR滤波器芯片。该FBAR滤波器的电路结构为梯形结构,采用一维Mason模型进行了仿真、优化。在工艺上采用空气隙型结构,突破了高c轴取向AlN压电薄膜淀积、精密空气腔制作等关键工艺技术,制备的4节FBAR滤波器中心频率为2 340MHz,3dB带宽为25MHz,中心插损为3.8dB,矩形系数达2.24∶1,输入、输出阻抗均为50Ω,芯片体积仅为1mm×1mm×0.3mm,该性能与同频率、同带宽的介质滤波器性能进行了对比,体积可缩小几千倍,矩形系数优于介质滤波器。     

一款2.4GHzWiFi频段FBAR带通滤波器设计

该文设计了一款2.4 GHz WiFi频段(2 401~2 483 MHz)薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器。采用一维Mason电路模型,在ADS中搭建了阶梯形滤波器电路;在HFSS中建立了封装结构和测试电路有限元电磁模型,并在ADS中完成了联合仿真设计。通过微机电系统(MEMS)工艺制备与测试,滤波器在2 401~2 483 MHz频段的插入损耗≤2.2 dB。在2 520~2 900 MHz处,带外抑制≥40 dB,滤波器体积仅1.1 mm×0.9 mm×0.65 mm。     

密封空气型FBAR温度传感器

薄膜体声波谐振器(FBAR)是性能优良的压电换能器.通过在体硅刻蚀型FBAR背面密封空气的方法制作了密封空气型FBAR,研究了密封空气型FBAR用作温度传感器的可行性.实验结果表明,在20～100℃的温度范围内,密封空气型FBAR温度传感器的并联谐振频率随温度线性变化,且具有很好的稳定性与可靠性.     

宽带FBAR滤波器的研制

采用阶梯型结构的薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器芯片和外匹配电路实现了一种输入输出端口阻抗均为50 Ω的宽带FBAR滤波器.FBAR滤波器芯片采用自主的FBAR滤波器工艺实现,外匹配电路采用0.35 μm GaAs工艺实现,并在该芯片上植球,采用倒装工艺将FBAR滤波器芯片与外匹配电路芯片进行异构集成.然后采用微组装工艺将异构集成芯片装配在标准陶瓷外壳中,外壳通过平行封焊工艺实现气密封装,体积仅为3.8 mm×3.8 mm×1.8 mm.测试结果显示,该滤波器通带频率范围为3 300～3 600 MHz,1 dB带宽约为300 MHz,相对带宽为8.7％,插入损耗为1.41 dB,在3 250 MHz和3 650 MHz处带外抑制分别为16.5 dBc和48.2 dBc.将实测结果与仿真结果进行了对比,两者基本吻合.     

S波段网格型FBAR滤波器的研制

介绍了一种单端口,端口阻抗为50 Ω的S波段宽带薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器,该滤波器采用网格型结构的FBAR滤波器芯片级联巴伦芯片实现.对宽带FBAR滤波器芯片的设计过程、工艺实现过程进行了说明.采用0.35 μm GaAs工艺实现了3～8 GHz频率范围的巴伦芯片,在FBAR滤波器芯片的中心频率处,幅度不平衡度为0.53 dB,相位不平衡度为0.55°.制备的FBAR滤波器通带频率范围为3 100～3 400 MHz,1 dB带宽约为369 MHz,在2 660 MHz和3 840 MHz处带外抑制分别为45.6 dBc和41.3 dBc,尺寸仅为12 mm×7 mm×2.9 mm.将实测结果与仿真结果进行了对比,两者一致性很好.     

FBAR建模及用于MIMO终端的滤波器设计

薄膜体声波谐振器(FBAR)是优良的射频频率器件.用基本Mason模型对FBAR器件进行建模,并分析阐述了FBAR射频滤波器的结构和设计方法.在此模型和设计方法基础上,对多输入多输出(MIMO)的1900MHz个人通信服务(PCS)频段和800 MHz蜂窝(Cellular)频段终端的FBAR射频多工滤波器进行了设计和性能分析.滤波器用ADS软件进行仿真和优化,仿真结果表明,本设计比Avago公司主流产品ACFM-7101性能要好,特别是带内纹波.     

基于电学拓扑结构拓展FBAR滤波器带宽研究

该文研究了一种薄膜体声波谐振器(FBAR)采用并联电感和外匹配电路的拓扑结构实现宽带滤波的方法。使用Comsol软件对FBAR进行三维结构仿真,并提取最优电极形状(变迹五边形)对应曲线到ADS中联合外匹配电路进行频带拓展,外匹配电路中的电感L_s取值直接影响滤波器带宽。经调节,最终在谐振器串联谐振频率f_s=1.97 GHz,并联谐振频率f_p=2.03 GHz的情况下实现了21.15%的相对带宽,此时对应的3 dB带宽为419 MHz, 1 GHz处的带外抑制为11.616 dB。     

基于异构集成技术的FBAR开关滤波器组芯片

基于异构集成技术,研制了一款各通道中心频率分别为1.5,1.8,1.9和2.0 GHz的四通道高性能开关滤波器组芯片。使用了金锡凸点焊接的组装工艺,与键合线工艺相比,其互连强度更高,寄生参数更小。薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器芯片与微波单片集成电路(MMIC)开关电路芯片采用自主可控的FBAR工艺、 0.35μm GaAs工艺研制。为满足窄带、高矩形度、低插入损耗开关滤波器组的需求,FBAR滤波器电路采用阶梯型拓扑结构。开关电路使用串-并联混合结构,兼顾低插入损耗和高隔离度。经探针台测试结果显示,各通道中心插入损耗小于3 dB,矩形系数比约为2.0,带外抑制大于45 dBc。开关滤波器组芯片面积为4 mm×4 mm,高度约为0.4 mm。     

FBAR技术的敏感应用与发展研究

薄膜声体波谐振器(FBAR)技术以其频率高,品质因数(Q)高,插入损耗低,与半导体集成电路(IC)工艺兼容等优良特性在无线通信领域获得了广泛应用。基于FBAR技术的传感器具有灵敏度高,体积小,线性度好及易于集成等特点,符合目前传感器的微型化、智能化、信息化的主流发展趋势。该文对FBAR传感器的研究现状、发展动向等方面进行了总结并对石英晶体微天平(QCM)、声表面波(SAW)和FBAR这几种声波质量传感器进行了比较。最后对FBAR传感器技术作了简要评述并讨论了FBAR传感器未来的发展趋势。     

膜片上FBAR结构的阵列式伽马辐照剂量计

设计了一种膜片上薄膜体声波谐振器(FBAR)结构的伽马辐照剂量计。采用FBAR替代传统伽马辐照检测元件来实现伽马辐照剂量检测的新方法,并提出FBAR呈阵列式分布的结构,可实现辐照剂量和分布的检测。为了对FBAR进行温度补偿,设计了由SiO2与Si3N4组成的双层复合薄膜,SiO2的温度系数为+85×10-6/℃,与具有负温度系数的压电层进行复合,减小了温漂,同时增加了膜片的强度。给出了两种不同结构的阵列式伽马辐照剂量计详细的工艺路线;可望满足阵列式、高灵敏度、微小型化伽马辐照剂量检测的需求。     

Si基薄膜体声波谐振器(FBAR)技术研究

介绍了目前国际上主流的薄膜体声波谐振器(FBAR)技术,分析了FBAR谐振器的结构设计和压电薄膜选取方案。依托Si基半导体工艺平台,采用牺牲层技术完成了空气腔的制作,利用磁控反应溅射技术制备的高质量(002)AlN薄膜作为压电材料,基于FBAR多层立体结构,实现了空气腔型FBAR谐振器的制作工艺,实际制作了FBAR谐振器样品。实测FBAR谐振器样品典型指标:Q值≥300,谐振频率为1.46 GHz,谐振频率覆盖L波段。测试结果验证了设计方案及工艺路径的正确性与可行性,为后续产品的研发提供了技术基础。     

X波段FBAR用AlN薄膜制备研究

采用中频磁控溅射法,在硅基上制备了X波段薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器用AlN压电薄膜。对AlN薄膜进行了分析表征,结果表明,AlN压电薄膜具有良好的(002)面择优取向,摇摆曲线半峰宽为2.21°,膜厚均匀性优于0.5%,薄膜应力为-5.02 MPa,应力可在张应力和压应力间进行调节。将该AlN薄膜制备工艺应用于FBAR器件的制作,研制出X波段FBAR器件,谐振频率为9.09 GHz,插入损耗为-0.38 dB。     

微型FBAR滤波器芯片

薄膜体声波谐振器(FBAR)技术,是一种基于声体波谐振的新技术。当一交变射频电压施加于两电极之间时,在压电薄膜内形成交变电场。通过压电薄膜的逆压电效应产生的机械形变激发体声波、在两电极间来回反射,当体声波的传播为半波长或半波长的奇数倍时发生谐振。和声表面波滤波器相比,FBAR滤波器具有体积小、带外抑制高、     

温补型体声波滤波器设计与制备

基于薄膜体声波谐振器(FBAR)技术的滤波器频率温度系数为(-30～-25)×10^-6/℃,其电学性能受环境温度影响较大,将降低滤波器在全温工作的性能,限制其应用环境,尤其是对滤波器通带插损与矩形系数要求高的应用场合。该文在常规FBAR滤波器中引入正温度系数的SiO₂材料层,通过对滤波器的层叠位置设计及加工工艺等技术的研究,研制出S波段温补型FBAR滤波器器件,其工作频率为3.1 GHz,插入损耗为2.0 dB,带外抑制不小于30 dB,频率温度系数为-0.02×10^-6/℃。     

FBAR用高质量AlN薄膜制备

采用直流磁控反应溅射法,在基片表面引入RF偏置,在Si(111)衬底上成功制备了(002)向AlN薄膜。使用高分辨率X射线衍射仪(XRD)来表征薄膜质量。当RF偏置从0 W变化到20 W时,XRD测试(002)摇摆曲线的半高宽有着显著的变化。当RF偏置为15 W时,AlN薄膜表现出了良好的(002)生长取向。实验结果表明,适当的RF偏置能够提高Al原子和N原子反应时的活性,促进AlN薄膜的(002)择优生长。该溅射方案应用于薄膜体声波谐振器(FBAR)谐振器工艺加工,成功制作了Q值为300,机电耦合系数为5%的FBAR样品。     

边缘负载FBAR谐振器有限元仿真分析

外部激励施加于薄膜体声波谐振器(FBAR)时会激发纵向与横向剪切的振动,引发能量损耗,为了减少寄生谐振,降低FBAR器件的工作损耗,提高器件的品质因数,故需要抑制横向剪切振动。该文采用有限元仿真法讨论了顶电极边缘负载参数对FBAR器件横向寄生的影响,并通过COMSOL仿真软件实现且制备了结构完整的谐振器。测试结果表明,负载结构可有效提升器件品质因数约10%。     

薄膜体声波滤波器结构和设计

随着无线通信设备的小型化发展,薄膜体声波谐振器(FBAR)已成为国内外研究热点.该文综述了FBAR滤波器的拓扑结构、工作原理和仿真模型,并选择梯形滤波器方案,通过ADS射频仿真软件建立起MBVD一维等效电路模型模拟其传输特性.按照全球定位系统(GPS)滤波器设计要求,设计了频带为1 530～1 590 MHz的窄带滤波器.仿真表明,增加串、并联谐振器阶数可有效提高带外抑制,而减少其面积比在进一步增加带外抑制的同时,减少了插损和器件整体面积.设计所得滤波器带宽60 MHz,带外抑制50 dB,插损3 dB.     

C波段宽带薄膜体声波滤波器设计及验证

介绍了一种适用于三维堆叠的凸点式晶圆级封装的小型化C波段宽带薄膜体声波滤波器的设计方法,并进行了工艺验证。通过对压电层薄膜进行钪掺杂、材料参数提取、结构模型优化实现了相对带宽大于5%的薄膜体声波滤波器设计。通过表面硅基微机电系统(MEMS)工艺制备与凸点式晶圆级封装实现滤波器制备。研制出标称频率5 800 MHz、插入损耗小于2.8 dB、阻带抑制大于40 dBc、体积仅1.0 mm×1.0 mm×0.35 mm的C波段宽带薄膜体声波滤波器。